Numerical Simulation and Modelling of Wetting Phenomena on Surfaces with Micro/Nano-Structures

微/纳米结构表面润湿现象的数值模拟和建模

• 批准号: 19K11999
• 负责人: 大西 順也
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research (2022)The University of Tokyo (2019-2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K11999/
• 关键词: ハイパフォーマンス・コンピューティング; 濡れ; 微細構造; 流体工学; 混相流

固体表面に微細構造を付加することで，従来にない新しい機能や高い表面性能（たとえば，超撥水性）を実現できることが知られている．しかしながら，このような表面機能の発現機構や効率，堅牢性については未解明な点が残っている．したがって、微細構造の付加による表面機能の高度化・実用化には，微細構造内外の流動・伝熱・気液界面運動の総合的な振る舞いとしての濡れ現象を解明する必要がある．本研究では，大規模並列計算技術を活用することで，流動・伝熱・気液界面挙動の相互干渉による非定常マルチスケール・マルチフィジクス現象に対する直接数値シミュレーションを実現し，微細構造表面上の濡れ現象を機構論的に解明するとともに，微細構造の形状・寸法・配置に関するパラメトリック解析を実施し，表面機能の発現や高度化に必要な微細構造の設計要件を明らかにする．R4年度は，主に，ピニング現象に関する解析を実施した．具体的には，微細構造を有する固体表面を滑落する，もしくはピニング現象により固着する液滴の挙動に関する数値シミュレーションを実施した．そして，滑落時には，液滴内部の流動構造，液滴の前進・後退接触角を観察・計測した．一方，固着時には，液滴の形状，液滴後部の界面曲率，接触線長さを観察・計測した．また，前年度に引き続き，Cassie-Wenzel状態間の転移過程に関するパラメータスタディを実施し，転移現象の起こる条件について調査し，既存結果との比較検証を実施した．

Solid surface に fine-structure を plus す る こ と で, 従 to に な new し い い function や high い surface properties (た と え ば, super dial water-based) を be presently で き る こ と が know ら れ て い る. し か し な が ら, こ の よ う な surface function の 発 institutions now や working rate, fast sex に つ い て は not interpret な point が residual っ て い る. し た が っ て, fine structure の plus に よ る surface function の · be empirically with the に は, fine structure, both inside and outside, heat flow の · 伝 気 liquid interface movement の 総 な vibration of る dance い と し て の れ phenomenon を interpret speech &drama す る necessary が あ る. This study で は, large-scale parallel computing を use す る こ と で, heat flow · 伝 · 気 挙 interface dynamic の dry each other involved に よ る unsteady マ ル チ ス ケ ー ル · マ ル チ フ ィ ジ ク ス phenomenon に す seaborne る directly the numerical シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を be し now, fine structure on the surface of の れ speech &drama を institutions concerning the phenomena of に interpret す る と と も に, Fine structure の shape, inch method, configuration に masato す る パ ラ メ ト リ ッ ク parsing を be し, surface functional の 発 now や に empirically necessary な fine-structure の design elements を Ming ら か に す る. In the R4 year, に, main に, ピニ グ グ phenomena に related する analysis を actual effect た. Specific に は, fine structure を have す る solid surface slip を す る, も し く は ピ ニ ン グ phenomenon に よ り fixation す る droplet の 挙 dynamic に masato す る the numerical シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を be applied し た. Youdaoplaceholder0 て て, when sliding, に, the internal flow structure of the droplet, the forward and backward contact Angle of the droplet を観, observe and measure た. On one side, when fixed, に に, the shape of the droplet <s:1>, the curvature of the interface at the rear of the droplet <s:1>, the length of the contact line さを観, and the measurement of the た. ま た, before the annual に き 続 き, Cassie - Wenzel state between の move planning process に masato す る パ ラ メ ー タ ス タ デ ィ を be し, planning shift の up こ る conditions に つ い し て investigation, existing results と の is 検 card を be applied し た.

项目成果

矩形微細流路内のキャピラリー流れに関する数値解析

矩形微通道中毛细管流动的数值分析

• 发表时间: 2021
• 作者: D. Aritomo;C. Watanabe;J. Onishi and N. Shikazono;大西 順也,鹿園 直毅
• 通讯作者: 大西 順也,鹿園 直毅

Numerical Study on the Effect of Cross-sectional Shape on the Capillary Flow in Microchannels

截面形状对微通道毛细管流动影响的数值研究

• 发表时间: 2022
• 作者: D. Aritomo;C. Watanabe;J. Onishi and N. Shikazono
• 通讯作者: J. Onishi and N. Shikazono

Validation of Numerical Simulation of Drop Motion on Surfaces with Micro Patterns

具有微图案的表面上液滴运动的数值模拟验证

• 发表时间: 2019
• 作者: Junya Onishi;Naoki Shikazono
• 通讯作者: Naoki Shikazono